NM400 مقابل JFE-EH400 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يُستخدم كل من NM400 وJFE-EH400 على نطاق واسع كدرجات فولاذ مقاومة للتآكل عالية الصلابة، يتم تصنيعها بعمليات التبريد والتلطيف، ومخصصة لتطبيقات تتطلب مقاومة احتكاك عالية. غالبًا ما يتخذ فرق الشراء والهندسة قرار الاختيار بينهما عند الموازنة بين التكلفة، وثبات الخواص الميكانيكية، وقابلية اللحام، ومتطلبات سلسلة التوريد. من سياقات القرار النموذجية هو اختيار مادة أقل تكلفة ومتوفرة على نطاق واسع للأجزاء القابلة للاستهلاك والكبيرة الحجم، مقابل تحديد درجة إنتاج متميزة حيث يتم التحكم بشكل أدق في المصنع وتوثيق متانة المنتج.

الفرق الأساسي العملي هو أن NM400 تمثل فئة من الفولاذ المقاوم للاهتراء التي تُنتج عادةً وفق مواصفات صينية/آسيوية (عائلة من الفولاذ المقاوم للتآكل)، في حين أن JFE-EH400 هو منتج ياباني مسجل ضمن سلسلة EH (Easy-Handled/Enhanced Hardness) من شركة JFE Steel مع وثائق تحكم في العمليات وسجل تتبع للمنتج. وبما أن كلا الدرجتين تسعيان لتحقيق مستوى صلابة متقارب (≈400 HB)، يُجرى مقارنة متكررة بينهما من قبل المصممين والمشترين لمعادلة الكيمياء، والاستجابة للمعالجة الحرارية، والأداء الميكانيكي، وسلوك التصنيع.

1. المواصفات والتسميات

• NM400: يُورد عادةً وفق معايير ومواصفات تجارية صينية/آسيوية (مثل GB/T وشهادات البائع الخاصة). هو فولاذ منخفض السبائك عالي الصلابة يتم تبريده وتلطيفه، ومصنف كمقاوم للاهتراء (ليس فولاذًا مقاومًا للصدأ). يندرج ضمن فئة HSLA (فولاذ منخفض سبائكي عالي القوة) المصمم لمقاومة التآكل.
• JFE-EH400: يُورد تحت تسمية EH المملوكة لشركة JFE وقد يُشار إليه في أدبيات منتجات JIS/JFE. هو كذلك فولاذ منخفض السبائك مقاوم للاهتراء (نوع HSLA للخدمة المقاومة للتآكل) ويتم تبريده وتلطيفه.

التصنيف: كلاهما فولاذ منخفض السبائك، يتم تبريده وتلطيفه، مقاوم للاهتراء (ليس فولاذ أدوات، ليس فولاذ مقاوم للصدأ). عادةً ما يُشار إليهما حسب الصلابة النهائية (حوالي 400 HB).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائكية

تختلف الكيمياء الدقيقة لهذه الفولاذات حسب المصنع، وسُمك اللوح، وخيارات المنتج المحددة. يعرض الجدول أدناه النطاقات التركيبية النموذجية التي طرحتها المصانع وبيانات الصناعة لفولاذ من فئة NM400 وكذلك لـ JFE-EH400. هذه النطاقات تمثل القيم المميزة، ويجب دائمًا التحقق من شهادة اختبار المصنع (MTC) من المورد للطلب.

العنصر (وزن%)	NM400 — النطاق النموذجي	JFE‑EH400 — النطاق النموذجي
C	0.12 – 0.22	0.10 – 0.20
Mn	0.8 – 1.6	0.7 – 1.4
Si	0.2 – 0.9	0.2 – 0.6
P	≤ 0.035	≤ 0.03
S	≤ 0.035	≤ 0.02
Cr	0.2 – 0.7	0.2 – 0.7
Ni	بصمة – 0.5	بصمة – 0.4
Mo	بصمة – 0.25	بصمة – 0.2
V	0 – 0.08	0 – 0.08
Nb	0 – 0.03	0 – 0.03
Ti	0 – 0.02	0 – 0.02
B	0 – 0.002	0 – 0.002
N	عادةً ≤ 0.015	عادةً ≤ 0.015

الشرح: - الكربون والمنغنيز والسيليكون يوفرون القوة الأساسية وقابلية التصلب. زيادة طفيفة في Mn في بعض متغيرات NM400 تعزز القابلية للتصلب لكن قد تقلل قابلية اللحام إذا لم تُضبط.

- عنصر السبائك الدقيقة (V, Nb, Ti) يكرر حبيبات الفولاذ ويحسن توازن القوة-المتانة، خاصة بعد التشكيل الميكانيكي الحراري أو التلطيف.

- إضافات صغيرة من Cr وMo وأحيانًا Ni تزيد من القابلية للتصلب ومقاومة التلطيف، مما يساعد في تحقيق صلابة موحدة في الشُرائح السميكة.

- يمكن استخدام آثار ضئيلة من البورون لتحسين القابلية للتصلب عند وجودها بمستويات منخفضة مُتحكم بها.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

الهياكل المجهرية النموذجية لكلا الدرجتين بعد المعالجة التجارية بالتبريد والتلطيف هي المارتنسيت الملطّف مع وجود بعض البنيات الباينيتية المحجوزة؛ وتعتمد البنية المجهرية على محتوى السبائك، سرعة التبريد، وسُمك اللوح.

• NM400: يُنتج من عدة مصانع تتحكم بدرجات متفاوتة في العمليات الحرارية الميكانيكية. البنية المجهرية النموذجية بعد التبريد والتلطيف عبارة عن مارتنسيت مطلّف مع تشتت للكربيدات ورواسب دقيقة إذا توفرت عناصر السبائك الدقيقة. المتغيرات المنتجة بمعالجة ميكانيكية حرارية منضبطة (TMCP) يمكن أن تتميز بحجم حبيبات Austenite أصغر، مما يحسن المتانة.
• JFE‑EH400: تولي JFE أهمية للكيمياء الدقيقة والتحكم في المعالجة الحرارية لتحقيق مصفوفة مارتنسيت مطلّفة متجانسة مع تقليل التمركز والتحكم في ترسيب الكربيدات. يُنتج مسار الإنتاج EH عادةً بنية مجهرية متجانسة مع أداء متوقع ومضبوط من حيث الصلابة والمتانة عبر نطاق السُمك المورّد.

تأثيرات المعالجة الحرارية: - المعالجة بالتطبيع تليها التلطيف يمكن أن تحسن المتانة لكن قد تخفض الصلابة إذا لم تُعدل معلمات التلطيف. - التبريد والتلطيف (Q&T) هو المسار التجاري للوصول إلى صلابة ~400 HB؛ حيث تسيطر معلمات التلطيف على التوازن بين المتانة والصلابة. - المعالجة الميكانيكية الحرارية المنضبطة (TMCP) قبل Q&T تحسن المتانة عند صلابة مماثلة بسبب تكرير الحبيبات والتحكم بالترسيبات.

4. الخواص الميكانيكية

تختلف الخواص الميكانيكية حسب السماكة والكيمياء الدقيقة وممارسات المعالجة الحرارية في المصنع. يعرض الجدول أدناه نطاقات الخصائص النموذجية للوحات 400 HB بعد التبريد والتلطيف.

الخاصية	NM400 — نموذجي	JFE‑EH400 — نموذجي
الصلادة (HBW)	360 – 440 (الصلادة الاسمية 400 HB)	360 – 440 (الصلادة الاسمية 400 HB)
قوة الشد (MPa)	~1000 – 1400	~1000 – 1400
مقاومة الخضوع (0.2% عيار، MPa)	~800 – 1200	~800 – 1200
الاستطالة (A5، %)	~8 – 16	~8 – 16
اختبار شاربي V-notch (درجة حرارة الغرفة أو محددة، J)	يعتمد كثيرًا على المعالجة؛ نموذجياً 20–80 J عند درجة حرارة الغرفة؛ يختلف التصنيف في درجات الحرارة المنخفضة	عادةً ما تكون القابلية للمقارنة أو أفضل بسبب التحكم في المعالجة

التفسير: - تستهدف الصلابة حوالي 400 HB لكلا النوعين؛ وتتداخل نطاقات قوة الشد والخضوع بشكل كبير لأن الهدف من الصلادة واحد. - تظهر الاختلافات في الثبات: تُحدد JFE‑EH400 عادةً وتُورد بتحكم أدق في المتانة وتشتت الخصائص، لا سيما للتطبيقات الحرجة. - عند نفس الصلادة الاسمية، تمكن زيادة السبائكية وقابلية التصلب من تحقيق الصلابة المستهدفة في مقاطع أكثر سمكًا، لكن زيادة قابلية التصلب قد تقلل من قابلية اللحام إذا لم تُدار.

5. قابلية اللحام

تحكم قابلية اللحام لهذه الفولاذات عالية الصلابة في محتوى الكربون والسبائك المجمعة (قابلية التصلب)، السماكة، والمعالجات الحرارية قبل وبعد اللحام.

مؤشرات تجريبية ذات صلة: - معادل الكربون (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (دوليًا): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - كلا الدرجتين تحملان محتوى معتدل من الكربون والسبائك؛ قد يكون CE وPcm من منخفض إلى متوسط حسب الكيمياء الدقيقة. تشير القيم الأعلى لـ CE/Pcm إلى زيادة خطر التشقق البارد والحاجة للتدفئة المسبقة أو المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT). - غالباً ما تأتي JFE‑EH400 مع توصيات موثقة للتدفئة المسبقة والمعالجة اللاحقة، وأحيانًا تقدم نسخًا محسنة لقابلية اللحام (تحكم منخفض في نسبة S وP ونطاقات C أدق). - تتفاوت متغيرات NM400 حسب المصنع، فبعضها مصمم لقابلية اللحام (كربون منخفض، سبائك دقيقة) وأخرى تعطي أولوية لقابلية التصلب وعمر مقاومة التآكل. - أفضل الممارسات تشمل استخدام مواد ملحومة منخفضة الهيدروجين، التدفئة المسبقة المناسبة، السيطرة على درجات حرارة بين اللحامات، والمعالجة اللاحقة بالتلطيف عند الضرورة بسبب السماكة أو معايير CE/Pcm. تأهيل إجراء اللحام (WPS/PQR) ضروري.

6. المقاومة للتآكل وحماية السطح

هذه الفولاذات مقاومة للاهتراء وليست مقاومة للصدأ؛ مقاومة التآكل الذاتية محدودة مقارنة بدرجات الفولاذ المقاوم للصدأ.

• طرق حماية السطح: الطلاء، الطلاءات الصناعية، التغطية المعدنية (الميتالايزينج)، الأغطية التضحية، أو التغطية بالزنك للحماية الجوية (قد تكون محدودة حسب السماكة والتطبيق). غالبًا ما تستخدم طلاءات تراكب التصلب (Hardfacing overlays أو اللحام التراكبي) للجمع بين متانة الركيزة ومقاومة سطحية للاهتراء.
• رقم مكافئ مقاومة التآكل الحفري (PREN) غير مطبق على الفولاذات غير المقاومة للصدأ؛ للعلم، صيغة PREN هي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• استخدم طبقات مقاومة للتآكل أو مكونات منفصلة مقاومة للتآكل عندما يجمع الاستخدام بين تآكل شديد وبيئات كيميائية أو كلوريدية عدوانية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: كلا المرتبتين أصعب على المستهلكات والأدوات؛ القطع بالبلازما / الأكسجين-وقود / الليزر شائع؛ قد يتطلب التشذيب طحنًا بعد اللحام.
• قابلية التشغيل: منخفضة — فهذه فولاذات قابلة للتصلب؛ يجب إجراء التشغيل في حالة التليين اللينة إذا أمكن. يتطلب تشغيل الصفائح المعالجة بالتبريد والتمكين أدوات كربيد ومعدلات تغذية منخفضة.
• الثني/التشكيل: التشكيل البارد للصفائح المعالجة والمعتمدة محدود؛ قابلية التشكيل منخفضة عند صلادة حوالي 400 HB. يجب إجراء التشكيل في حالات أكثر ليونة قبل التبريد أو تصنيع المكونات من خامات أكثر ليونة ثم تطبيق التغطية السطحية الصلبة أو المعالجة الحرارية لتحقيق الصلادة النهائية.
• التشطيب: يتطلب الطحن والتشطيب استخدام مواد كاشطة مناسبة ووسائل حماية شخصية بسبب توليد الجسيمات؛ القطع بالهب أو البلازما يتطلب النظر في منطقة التأثر الحرارية (HAZ) والخصائص المتبقية.

8. التطبيقات النموذجية

NM400 — الاستخدامات النموذجية	JFE‑EH400 — الاستخدامات النموذجية
دلاء الحفارات، البطانة، المزاليج، الأقماع، أسرة شاحنات التفريغ، معدات التكسير في التطبيقات التي تتطلب مقاومة تآكل فعالة من حيث التكلفة	ألواح التآكل والبلاطات لمعدات التعدين، الكسارات، بطانات المطاحن، والمكونات عالية التآكل حيث يتم التركيز على الأداء المتسق وتتبع المورد
معدات الزراعة، معدات تحريك الأرض، مناولة الخام حيث يكون الاستبدال المحلي المتكرر مقبولًا	قطع التآكل الحرجة للمعدات الدوارة، الشركات المصنعة الأصلية التي تحدد صلابة معتمدة للمطحنة وخصائص متجانسة للتطبيقات الحرجة من حيث السلامة
ركيزة اللحام الصلبة (الفولاذ الأساسي لطبقات اللحام)	التطبيقات التي تتطلب صلابة معتمدة عند درجات حرارة معينة وتحكم في تشتت الخصائص (مثل مكونات التآكل الإنشائية الكبيرة)

مبرر الاختيار: - اختر المواد بناءً على نمط التآكل (انزلاقي مقابل تأثير-تآكل)، وصلابة المطلوبة، وما إذا كان من المتوقع الإصلاح المحلي باللحام. إذا كان التأثير-تآكل هو السائد، فكر في الدرجات ذات الصلابة المثبتة أو استخدم طبقات أكثر سماكة.

9. التكلفة والتوفر

• تُنتج فولاذات فئة NM400 على نطاق واسع من قبل العديد من المصانع، خصوصًا في الصين وآسيا، وعادة ما تكون أكثر تنافسية من حيث التكلفة في شكل صفائح بالجملة والأسواق المحلية. وهي متوفرة في سماكات شائعة وأشكال مقطوعة حسب الحجم بشكل واسع.
• منتج JFE‑EH400 هو منتج ذو علامة تجارية من مصنع ياباني رئيسي وقد يتطلب علاوة سعر بسبب الرقابة الصارمة على الجودة، التتبع الموثق، واللوجستيات التصديرية. التوفر عالمي لكن أوقات التسليم والتكلفة تعكس هذه العلاوة.
• شكل المنتج: كلاهما متوفر كألواح، ولكن قد توفر عائلات منتجات JFE وثائق إضافية (سجلات المعالجة الحرارية، تحليل كيميائي، اختبارات الصلابة) مما يضيف قيمة وتكلفة.

10. الملخص والتوصية

الجانب	NM400	JFE‑EH400
قابلية اللحام	متغيرة؛ تعتمد على كيمياء المصنع و CE/Pcm	موثقة بشكل جيد مع إرشادات؛ عموماً مراقبة وتحكم أفضل أو مماثل
توازن القوة–الصلابة	جيد، متغير حسب المنتج وعملية التصنيع	جيد مع مراقبة وتناسق عادةً أوثق
التكلفة	عادةً أقل / أكثر تنافسية	عادة أعلى (علاوة)
التوفر	واسع، خاصة في آسيا	جيد، مع سلسلة توريد محددة وعلامة تجارية موثقة

الاستنتاج / التوصيات: - اختر NM400 إذا كانت التكلفة والتوفر الواسع هما المحركات الرئيسين، وكان التطبيق يهيمن عليه التآكل الاحتكاكي بدلاً من مقاومة الصدمات الحرجة، وكان المشروع يتحمل تباين أعلى أو يمكنك التأهيل مع مورد محدد. NM400 خيار عملي لأجزاء التآكل بالجملة حيث يتوقع الاستبدال والإصلاح المتكرر. - اختر JFE‑EH400 إذا كنت تتطلب تحكمًا أدق في الخصائص، تتبعًا موثقًا من المصنع، وصلابة متسقة عبر السماكات؛ التطبيق ذو أهمية حقيقية للسلامة أو الأداء (مثل الشركات المصنعة لمعدات التعدين الثقيلة، الهياكل الكبيرة) أو تفضل توريدًا بعلامة تجارية مع دعم فني معتمد. JFE‑EH400 مفضل حيث يكون تأهيل إجراءات اللحام والسلوك المتوقع عند درجات الحرارة المنخفضة مهمًا.

ملاحظة أخيرة: كلا المرتبتين مخصصة لمقاومة التآكل وليس لمقاومة التآكل أو التشكيل البارد الشامل. لأي قرار شراء، احصل على وراجع شهادات الفحص من المصنع، حدد درجات حرارة الاختبار وتأهيل إجراءات اللحام (WPS/PQR)، وقم بإجراء لحامات تجريبية واختبارات ميدانية حيث تكون ظروف الخدمة شديدة.